Физики обнаружили, что грозы порождают в атмосфере позитроны и изотопы

Наука и жизньНаука

Грозовой реактор

Совсем недавно, несколько лет назад, физики обнаружили, что грозы порождают в атмосфере антиматерию (позитроны) и изотопы некоторых химических элементов. А ранее были обнаружены грозовые нейтроны и гамма-излучение. Но как работает этот природный реактор?

Фото: Anna_Om/ ru.depositphotos.com

На Земле каждый год бушует огромное количество гроз. Если за полярным кругом они бывают реже одного раза в десять лет, то вблизи экватора — более трёхсот раз в году. За год более четырёх миллионов молний бьют в Землю, пополняя её электрический заряд и поддерживая её электрическое поле. Кроме того, возможны и разряды между облаками. Сила тока в канале молнии может достигать нескольких десятков, а то и сотен тысяч ампер, а температура 30 000 K. Это сравнимо с температурой самых горячих звёзд во Вселенной; напомним, что поверхность нашего Солнца нагрета «всего» на 6000 K.

В 1985 году индийские физики сообщили, что обнаружили во время грозы увеличение регистрируемых потоков нейтронов. Они три года собирали данные в Гималаях, в районе с очень сильной грозовой активностью, где в среднем бьёт 30 молний в сутки. С тех пор повышение уровня нейтронов в атмосфере во время гроз регистрировалось в многочисленных наблюдениях на различных широтах как в высокогорных условиях, так и на уровне моря и даже в ближнем космосе. Количество нейтронов во вспышке может достигать 1010. Рекордной стала гроза 9 января 2009 года в городе Сан Хосе дос Кампос (Бразилия) на высоте 610 м над уровнем моря, во время которой было зарегистрировано увеличение количества нейтронов в 1000 раз на протяжении более двух минут.

В России это явление наблюдали на космической станции «Мир» в 1991 году, на детекторе МГУ в Москве в 1998-м, Тянь-Шанской высокогорной научной станции космических лучей ФИАНа в горах Заилийского Алатау в 2010 и 2013 годах, в лаборатории Института космофизических исследований и аэрономии им. Ю. Г. Шафера СО РАН в долине Туймаада вблизи Якутска в 2009—2012-х. Рассказывают, что в СССР его наблюдали ещё в середине 1980-х годов, но никаких выводов тогда из этого сделано не было.

В настоящее время уже общепризнано, что грозы могут порождать потоки нейтронов. Однако механизм этого явления до сих пор окончательно не прояснён. Первоначально физики предположили, что в канале молний происходят ядерные реакции синтеза с образованием нейтронов, например из дейтерия получается гелий. Гипотезу о возможности ядерных реакций в молниях высказал ещё в 1924 году шотландский физик и метеоролог Чарльз Вильсон (изобретатель знаменитой камеры Вильсона для регистрации треков элементарных частиц и нобелевский лауреат по физике 1927 года). Однако физика того времени не могла её ни обосновать, ни проверить. Поэтому гипотеза была забыта на полвека.

О ней вспомнили в 1973 году американские физики, которые предположили, что благодаря упомянутой ядерной реакции молния способна порождать нейтроны. Их интересовал вклад грозовых нейтронов в производство изотопа углерода 14С, который используется в радиоуглеродном методе определения возраста археологических находок. Обычно предполагается, что он образуется в атмосфере при столкновении вторичных нейтронов от космических лучей с ядрами азота. Поскольку датировка зависит от оценки концентрации 14С, то дополнительные «грозовые атомы» могут вносить случайные ошибки.

Другой вариант объяснения появился после того, как в 1991 году космическая Комптоновская гамма-обсерватория (НАСА) случайно обнаружила интенсивные гаммавспышки от грозовых разрядов. Исследователи, изучавшие на ней космические источники гамма-излучения, сначала посчитали это ошибкой аппаратуры, но, убедившись в реальности явления, назвали его «земными гамма-вспышками» (terrestrial gamma-ray flashes — TGF). Их особенность — малая длительность (от десятков микросекунд до нескольких секунд), сопоставимая с длительностью молний. А в 2012 году был обнаружен и другой тип гамма-излучения от грозовых облаков — так называемое гамма-свечение, которое длится гораздо дольше — от нескольких секунд до нескольких минут (рекорд — 40 минут). Гамма-излучения гроз активно изучают в последнее время различными методами. В частности, это одна из задач российского спутника «Михайло Ломоносов», запущенного в 2016 году.

Грозовое гамма-излучение может быть в 1000 раз сильнее излучения, порождаемого космическими лучами в атмосфере. Поэтому физики предположили, что его испускают электроны, разогнавшиеся до огромных скоростей в сильных электрических полях грозовых облаков. Эти же электроны в соответствии с другой гипотезой всё того же Вильсона приводят и к возникновению молний.

Однако с таким объяснением возникла проблема. Дело в том, что возникновение молнии физики связывали с явлением электрического пробоя. Пробой возникает, если имеющийся в воздухе по какой-либо причине свободный «затравочный» электрон разгоняется до высоких скоростей и, столкнувшись в атмосфере с нейтральным атомом, выбивает из него электроны. Они тоже разгоняются, выбивают ещё больше электронов и всё повторяется. Число электронов лавинообразно нарастает, делая воздух электропроводным и пригодным для прохождения электрического разряда.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Сокровища Урарту Сокровища Урарту

Четыре сокровища древнего Урарту

Вокруг света
Стрижки для кудрявых и вьющихся волос, которые носят знаменитости Стрижки для кудрявых и вьющихся волос, которые носят знаменитости

Если у вас кудри, не спешите их выпрямлять

Cosmopolitan
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

На момент смерти Ленину было всего 53 года. На здоровье он никогда не жаловался

Дилетант
Новая мода: прийти в сознание Новая мода: прийти в сознание

Самый современный тренд в фэшн-индустрии сегодня – осознанная мода

Лиза
Крестовый психоз бедноты Крестовый психоз бедноты

Крестовый поход бедноты запомнился грабежами и массовыми убийствами

Дилетант
Кесарю — кесарево. Почему в Конституции не должно быть Бога Кесарю — кесарево. Почему в Конституции не должно быть Бога

В России вовсю идет обсуждение поправок в Конституцию

СНОБ
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
«Последняя охота» Жана-Кристофа Гранже: отрывок из последнего романа о комиссаре Ньемане «Последняя охота» Жана-Кристофа Гранже: отрывок из последнего романа о комиссаре Ньемане

Первые главы нового детективного романа мэтра европейского детектива

Forbes
Пути и маршруты Пути и маршруты

Знаете ли вы, что подтолкнуло Леонарда Эйлера к созданию основ теории графов

Наука и жизнь
Сотворение Де Ниро Сотворение Де Ниро

Корреспондент Esquire отправился на встречу с Робертом Де Ниро

Esquire
Микробы от похмелья Микробы от похмелья

Бактерии, которые способны утилизировать алкогольный токсин в кишечнике

Популярная механика
Корни скреп. Как из дела ЮКОСа вырос путинизм Корни скреп. Как из дела ЮКОСа вырос путинизм

Дело ЮКОСа столкнуло Россию на путь «суверенной демократии»

СНОБ
Пистолет Лебедева Пистолет Лебедева

Новинка концерна «Калашников» – пистолет Лебедева ПЛ-15

Популярная механика
5 книг про ВИЧ и СПИД: самая важная информация 5 книг про ВИЧ и СПИД: самая важная информация

Подборку 5 книг, в которых вы найдете ответы на все вопросы о ВИЧ

Популярная механика
По следам суперпаводков Алтая По следам суперпаводков Алтая

Какая сила требовалась для того, чтобы создать огромные природные террасы?

Наука и жизнь
Разделение сетей Разделение сетей

Forbes посчитал стоимость российских интернет-компаний и оценил продажи в Рунете

Forbes
Булат Окуджава Булат Окуджава

Каждый год 9 мая на Трубной площади стартует фестиваль памяти Булата Окуджавы

Дилетант
Как эквадорец с русскими корнями перезапустил шаткий стартап с нуля, сделав его «единорогом» Как эквадорец с русскими корнями перезапустил шаткий стартап с нуля, сделав его «единорогом»

Как эквадорец с русскими корнями запустил бизнес стоимостью более $1 млрд

Forbes
Мария Пиотровская — о том, как помочь детям с дислексией Мария Пиотровская — о том, как помочь детям с дислексией

Мария Пиотровская рассказала нам, почему двоечники могут оказаться гениями

РБК
Когда я стану кошкой. Как общаться с подростком, который ничего не хочет и вот-вот разрушит семью Когда я стану кошкой. Как общаться с подростком, который ничего не хочет и вот-вот разрушит семью

И в психологии есть чему поучиться у братьев наших меньших

СНОБ
Куратор рубильника Рунета: что известно о кандидате на пост главы Роскомнадзора Куратор рубильника Рунета: что известно о кандидате на пост главы Роскомнадзора

Кто сменит главу Роскомнадзора?

Forbes
Как выбрать Wi-Fi роутер для квартиры в 2020 году Как выбрать Wi-Fi роутер для квартиры в 2020 году

Лучшие предложения роутеров для квартиры на рынке

CHIP
Смертельная лирика: 6 проклятых песен, которые на самом деле убивают Смертельная лирика: 6 проклятых песен, которые на самом деле убивают

Есть песни «с плохой репутацией» — о них-то мы сейчас и поговорим

Cosmopolitan
Что читать: отрывок из книги Альберто Мангеля «История чтения» — о том, что по книге можно сказать о ее читателе Что читать: отрывок из книги Альберто Мангеля «История чтения» — о том, что по книге можно сказать о ее читателе

Феномен чтения — многовековые сложные отношения книги и человека

Esquire
Робин Гуд из австралийского буша Робин Гуд из австралийского буша

О нем осталась масса легенд, и осталась песенка...

Караван историй
Зловредные мертвецы: 15 легендарных завещаний Зловредные мертвецы: 15 легендарных завещаний

Мы решили изучить лучшие образцы остроумных завещаний

Maxim
Грешноватый стаканчик кофе. Как появился экошейминг и кто его победит Грешноватый стаканчик кофе. Как появился экошейминг и кто его победит

Где учат эко-грамоте и что скрывается за термином «устойчивость»

Forbes
Большой брат из Apple: как производитель iPhone читает личную переписку для борьбы с преступностью Большой брат из Apple: как производитель iPhone читает личную переписку для борьбы с преступностью

Как корпорация Apple перехватывает противозаконный контент

Forbes
Неделя без смартфона: самый опасный эксперимент в истории GQ Неделя без смартфона: самый опасный эксперимент в истории GQ

Изменится ли ваша жизнь, если каждый день забывать телефон дома

GQ
Исполняя желания Исполняя желания

Мечты, радость, желания не уходят с возрастом, и сделать можно еще многое

Лиза
Открыть в приложении